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Kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerter mechanischer Schwinger
als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes Die Erfindung bezieht sich
auf einen kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerten mechanischen Schwinger
als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, insbesondere Unruh einer
tragbaren Kleinuhr, vorzugsweise Armbanduhr, mit einem ortsfesten Magnetsystem und
einer einzigen, mit der Unruh schwingenden Spule, die bei der Bewegung gegenüber
dem Magnetsystern sowohl vom Steuerimpulsstrom als auch von Antriebsimpulsstrom
durchflossen wird, und mit zwei elektronischen Verstärkertrioden in einer Brückenschaltung.
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Eine derartige Anordnung ist bei einem Frequenznormal insbesondere
für Laborgeräte bekannt, bei welcher in der Brückenschaltung zweier wahlweise eingeschalteter
und wieder gesperrter Verstärkerröhren so viel Widerstände vorgesehen sind, daß
je-
weils nur ein kleiner Bruchteil der Batteriespannung den Antriebsimpuls
liefert, der im übrigen rein sinusförmig ist; Wirkungsgrad und Isochronismus sind
also unzureichend (USA.-Patentschrift Nr. 2 574 13 6).
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Es ist ferner eine mit einer Kette von mehreren Transistoren versehene
Anordnung bekanntgeworden, die sich zum Antrieb einer Uhr und als Elektromotor verwenden
läßt. Sie benutzt zur Steuerung des Antriebsorgans einen rückgekoppelten Gegentaktverstärker
mit vorgeschalteter Phasenumkehrstufe. Diese Bauart verwendet zwei Antriebsspulen
und zwei Steuerspulen, welche galvanisch voneinander getrennt sind. Der Selbstanlauf
des Systems wird über ein RC-Glied erzielt, welches der Anordnung astabiles Kipperhalten
verleiht. Die Verwendung eines Gegentaktverstärkers mit vorgeschalteter Phasenumkehrstufe,
die vier Steuer- und Antriebsspulen und der hohe Schaltungsaufwand lassen einen
Einbau in Kleinstuhren nicht zu. Außerdem ist die für Uhren notwendige Bedingung
eines kurzen symmetrisch zur Nullage des Schwingers gelegenen Impulses nicht gegeben
(USA.-Patentschrift 2 814 769).
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Eine andere bekannte Vorrichtung ähnlicher Art enthält einen Oszillator
und eine Verstärkerstufe, die synchron zum Oszillator einen Fortschaltmechanismus
antreibt. Die Steuerung des Oszillators wird durch eine auf dem Pendel befestigte
Scheibe bewerkstelligt, die im Rhythmus der mechanischen Schwingung zwischen zwei
Steuerimpulsen hindurch schwingt und dadurch mittels Dämpfungsänderung den Antriebsimpuls
auslöst, der über eine dritte Spule dem mechanischen System über einen Weicheisenanker
zugeführt wird. Zwar sind bei diesem System wegen des Fortfalls bewegter Magnete
die Störeinflüsse von etwaigen Frerndfeldem beseitigt, aber es ist verständlich,
daß die Unterbringung der dämpfenden Scheibe, der drei Spulen und der übrigen zahlreichen
Schaltelemente in kleinen Gebrauchsuhren nicht möglich ist.
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Auch bei dieser Anordnung bringt die verwendete Kette von zwei Transistoren,
deren einer als Steuertransistor, der andere als Triebkreistransistor wirken, keine
Vereinfachung des an sich aus der Nulllage selbstanlauffähigen Systems (USA.-Patentschrift
2829324).
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Eine dritte bekannte Anordnung sieht eine einfachere, elektronische
Anordnung vor. Ein zweistufiger Transistorverstärker erhält über ein piezoelektrisches
Kristall im Rhythmus der Pendelschwingung elektrische Impulse, die verstärkt werden
und über eine Spule den Antrieb des mechanischen Systems bewerkstelligen. Dieser
gleichfalls mit einer Kette hintereinandergeschalteter Transistoren versehenen Anordnung
haftet jedoch der Nachteil an, daß die tYbertragung der mechanischen Impulse auf
das Piezokristall bei kleinen Uhren technisch problematisch ist und eine exakte
Funktion der Anordnung daher nicht gewährleistet ist (französische Patentschrift
1151427).
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Ferner wurde bereits vorgeschlagen, zum Antrieb eines gangordnenden
Gliedes einer Uhr einen zweistufigen Transistorverstärker mit Komplementärtransistoren
vorzusehen.
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Diese Schaltung ist mit ihren beiden Ausgangsklemmen an eine auf dem
Gangordner befestigte Spule angeschlossen, die wiederum mit Permanentmagneten zusammenwirkt.
über diese Spule wird einerseits dem mechanischen Schwinger die zur Aufrechterhaltung
der Bewegung notwendige Energie zugeführt, und zum zweiten wird die durch die Bewegung
in besagter Spule induzierte elektromotorische Kraft zur Steuerung und Synchronisation
des Transistorverstärkers
a-,isgcn-atzt, inderi Über einen Kondensator
die EMK der Basis dos einen Steuerelementes zugeführt wird.
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Dieser Uhrenantrieb hat jedoch gegenüber einer A.nio.-dnur.- -emäß
der Erfindun- den Nachteil, daß das Steuersignal Pur zur Auslösung des Antriebsimpulses
ausgenutzt wird, nicht hingegen zur direkten Proportionalsteuerung desselben. Es
werden vielmehr stets Impulse gleicher Iptensität und Länge, die unabhängig von
der Pendelamplitude sind, erzeugt und liegen daher nur bei einer bestimmten Schwingungsweite
streng nullpunktsymmetrisch.
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Ferner ist noch die Verwendung eines auf dem S-#c.-rszii-xiiigerp-;iizip
berubenden U#reneintriebs vorgeschlagen worden. Hier wird eine aus zwei Spulen bestehende
Induktivität verwendet, und zur Impulsgabe werden Elemente benutzt, welche den Luftspalt
und damit die Rückkopplungsbedingungen verändern. Ein solches System hat den Nachteil,
daß vom Zeitpunkt der Impulsgabe ab der Antriebsimpuls im wesentlichen selbständig
und ohne Steuerung durch ein geeignetes Signal abläuft. Außerdem läuft dieses vorgeschlagene
System nicht selbst an.
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Schließlich ist auch eine mit bewegten Unruhmagneten arbeitende, also
Störfeldern ausgesetzte Anordnung vorgeschlagen, bei der zwar die gleiche Spule
als Steuer- und zugleich Triebspule dient, bei der aber wieder ein besonderer Übertrager
die Rückkopplung bewirkt, was mit zwei weiteren Spulen identisch ist; auch dies
System ist nicht selbstanlauffähig.
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Die Nachteile dieser bekannten und vorgeschlagenen Konstruktionen
werden bei dem eingangs definierten kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerten
mechanischen Schwinger gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zwei in Kette
geschaltete Transistoren verwendet werden, von denen der eine nur als Steuertransistor
und der andere nur als Antriebstransistor wirkt, jedoch derart abgewandelt, daß
die beiden Transistoren komplementär sind, daß die einzige Spule in einem Zweig
der in den übrigen drei Zweigen nur von durch das Magnetsystem unbeeinflußbare Glieder
enthaltenden Brücke liegt, an deren einer Diagonale der Eingang der Transistorschaltung,
an deren anderen Diagonale der Ausgang der Transistorschaltung liegt, wobei im übrigen
die Glieder der Brückenschaltung bzw. die dem Steuertransistor zugeordnetenTeile
so eingerichtet sind, daß einerseits ein Selbstanlaufen der Unruh beim Stillstand
aus der Nullage erreicht wird, andererseits ein störender Einfluß des Antriebsimpulses
auf den Steuerimpuls verhindert wird.
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Diese erfindungsgemäße Anordnung kommt also nicht nur mit einem Minimum
an elektrischen Teilen und insbesondere lediglich einer Spule aus, sondern es ist
vor allem die Steuerung der Impulsgabe derart, daß sowohl der Einsatz als auch die
Länge der Impulse einen einwandfreien Isochronismus garantiert. Das wird dadurch
erreicht, daß die Antriebsimpulse den Steuerimpulsen streng proportional folgen.
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Das Selbstanschwingen wird dadurch besonders günstig gestaltet, daß
die Spule ein Brückenglied der Brücke bildet, an deren einer Diagonale der Eingang
und an deren anderer Diagonale der Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, der
zwei in Kette geschalteteTransistoren, nämlich einen Steuertransistor und e-Inen
Antriebstransistor, aufweist, die komplementär zueinander angeordnet sind. Geinäß
einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfin-:,# : :# t zur U.rzeuc3,.in-2 des
Anschwingimpulses ein RC-Glied vorgesehen, dessen Kapazität zwischen dem einen Ende
der Spule und der Basis des Steuertransistors eingeschaltet ist, während der an
den gleichen Punkt angeschlossene Widerstand in Serie mit der Stromquelle an das
andere Ende der Spule angeschlossen ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des mechanischen Aufbaues
des Schwingorgans und ein Ausführungsbeispiel für die hierzu gehörende elektrische
Schaltung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines mechanischen,
gemäß der Erfindung angetriebenen Schwingorgans, wobei einzelne Teile entlang der
Linie 1- 1 der F i g. 3
geschnitten oder aufgebrochen sind, F i
g. 2 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles A,
F i g. 3 einen
Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 1,
F i g. 4 ein Schaltschema
der erfindungsgemäßen Anordnung.
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In der F i g. 1 ist eine Unruhwelle mit 10 bezeichnet,
die bei 11 in einer Platine 13 und bei 12 in einer Brücke 14 gelagert
ist. Auf der Unruhwelle 10 ist ein scheibenförmiger Schwingkörper
18 befestigt, der im Abstand von der Mittelachse eine Antriebsspule
19
trägt. Mit 20 und 21 sind zwei Spiralfedern bezeichnet, deren eine Enden
mit Bolzen 25 und 26 verbunden sind, die in der Platine
13 befestigt sind. Da die Antriebsspule 19 über diese beiden Spiralfedern
ihren Strom erhält, ist eine der Spiralfedem gegen Masse isoliert.
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Die Verbindungsleitungen zwischen Spiralfedern und Antriebsspule sind
in der Zeichnung nicht eingezeichnet.
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Auf der Unruhwelle ist ferner noch die übliche Einrichtung zur übertragung
der Schwingung auf das Zeigerwerk angeordnet.
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Auf der Brücke 14 ist ein aus magnetisierbarem Material bestehendes
Joch 30 befestigt, auf dem drei permanente Magnete 32, 33 und 34 parallel
zueinander angeordnet sind.
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In der Ruhelage der Unruhe ist dabei der mittlere, als Hauptmagnet
bezeichnete permanente Magnet 33
etwa koaxial mit der Antriebsspule
19 oder leicht exzentrisch angeordnet. Die beiden alsLeitermagnete bezeichneten
Magneten 32 und 34 sind entgegengesetzt zu dem Hauptmagnet 33 polarisiert.
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Im folgenden soll die in F i g. 4 dargestellte Schaltung des
näheren beschrieben werden. Dabei ist die Antriebsspule wie in den F i
g. 1 bis 3 mit 19 bezeichnet. Diese Antriebsspule ist mit ihrem
einen Ende bei 37 an einem Widerstand 48 und an eine Batterie 39 angeschlossen.
Von der Batterie führt eine Leitung zu einem Vorspannwiderstand 35, der mit
einer Kapazität 36 verbunden ist, die ihrerseits über eine weitere Leitung
mit dem anderen Ende der Spule an den Verbindungspunkt 38 angeschlossen ist.
Von dem Verbindungspunkt 40 zwischen der Kapazität 36 und dem Vorspannwiderstand
35 führt eine Leitung zur Basis eines Steuertransistors 42, dessen Kollektor
mit der Basis eines Antriebstransistors 44 und dessen Emitter mit einem Verbindungspunkt
46 verbunden ist, zwischen welchem und dem Verbindungspunkt 37 ein Widerstand
48 angeschlossen ist. Der Emitter des Steuertransistors 44 ist an der einen Seite
der Batterie entgegengesetzt zum Verbindungspunkt 37 angeschlossen, und vom
Kollektor des Antriebstransistors führt eine Leitung zu
zwei weiteren
Widerständen 50 und 52, die an die Verbindungspunkte 46 bzw.
38 angeschlossen sind.
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Entsprechend der Schaltung nach F i 9'. 4 ist der Steuertransistor
ein pnp- und der Antriebstransistor ein npn-Transistor.